JPH07187096A - 衛星電気通信およびリモートセンシングシステム - Google Patents

衛星電気通信およびリモートセンシングシステム

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JPH07187096A
JPH07187096A JP6226215A JP22621594A JPH07187096A JP H07187096 A JPH07187096 A JP H07187096A JP 6226215 A JP6226215 A JP 6226215A JP 22621594 A JP22621594 A JP 22621594A JP H07187096 A JPH07187096 A JP H07187096A
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orbit
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satellite
orbital
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JP6226215A
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Inventor
Giorgio Perrotta
ジョルジオ・ペルロッタ
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Alenia Spazio SpA
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Alenia Spazio SpA
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/195—Non-synchronous stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085—Swarms and constellations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242—Orbits and trajectories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
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  • Transmitters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤道面に対して傾斜し、約３時間の軌道周期
を有する楕円太陽同期軌道に置かれた複数の衛星の使用
に基づく電気通信およびリモートセンシングシステムを
提供する。 【構成】 以下のパラメータを有する短円周楕円太陽同
期を使用した衛星通信およびリモートセンシングシステ
ム。すなわち、軌道傾斜角ｉ＝１１６．６°、交点線回
転０．９８６３°／日、Ｍ恒星日に対してＮ周期となる
軌道周期。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は赤道面に対して傾斜し、約３
時間の軌道周期を有する太陽同期楕円軌道に置かれた多
数の衛星の使用に基づく、衛星電気通信およびリモート
センシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】この発明に従うシステムは、ある国内ま
たは言語、文化、民族性または社会経済学的な利害に関
して同質な地域内で、もしくは隣接していない地域にあ
る国々の間で、シンプレックスまたは二重無線通信を確
立することが必要な場合に、衛星を介する電気通信に有
利に使用することが可能である。この発明が有意義な経
済的な利点を与える電気通信サービスは、とりわけ、パ
ーソナルコミュニケーション、地上、海中および空中移
動手段を介する通信、移動手段の位置の遠隔無線探知お
よび無線ナビゲーション、パーソナル選択的遠隔表示、
小さな固定端末または携帯用端末間のシンプレックスま
たは二重データ伝送、ラジオまたはテレビ番組の直接無
線放送、遠隔会議、緊急通信、データ配信および収集を
含む。
【０００３】この発明はまた局所的なリモートセンシン
グ、特に光学センサを使用する気象学および地球観測の
分野の局所的なリモートセンシングにも適用可能であ
る。
【０００４】この発明に基づけば、軌道が太陽同期であ
るという特徴および軌道面の位置（本質的に太陽光線に
対する法線による）は、同じ応用に使用される他の衛星
システムと比較して、衛星構造を単純化することが可能
であり、特にソーラー発電機の部分での発電、充電バッ
テリによる電力の蓄積、および衛星の熱調節に関して衛
星構造を単純化することが可能である。軌道面の赤道に
対する傾斜は、長軸線の回転を相殺するために１１６．
４°に等しい。軌道および軌道周期の離心率は、１１
６．４°の傾斜を持つ太陽同期軌道の選択の結果生じる
ものであるが、その傾斜の値および太陽光線の方向にほ
ぼ交わるようになるような軌道面の位置の配向ととも
に、以下の肯定的な効果を与える。
【０００５】− 衛星は遠地点で十分長い時間期間の
間、地方時で平均１２時または２４時を中心に目に見え
る。
【０００６】− 衛星は約北緯２０°より大きいか、ま
たは約南緯２０°より小さい緯度に配置された地上局か
ら目に見え、そのときの水平線に対する仰角は十分に大
きく、大気中の降水および自然または人工的な障害物に
よって生じる遮断現象にあまり依存しない無線リンクを
可能にするような大きさである。
【０００７】現在利用できる衛星電気通信およびリモー
トセンシングシステムはこれまで静止軌道およびさまざ
まなタイプの非静止軌道を利用してきた。後者の中で、
特筆すべきものは、 − 低円軌道（ＬＥＯ＝低地球軌道）であって、軌道高
度が通常５００から１，５００Ｋｍの範囲にあるもの
（リモートセンシング用には、軌道高度は通常１，００
０Ｋｍ以下である）、 − 非常に短い周期、つまり通常２時間以下の周期を有
し、０．０５から０．１５の範囲の離心率を有するわず
かに楕円の軌道、 − １０，０００Ｋｍ以上の高度を有する中間周期の円
軌道、および − 赤道面に対して６３．４°傾斜し、２４時間（ツン
ドラ（Tundra）軌道）、１２時間（モルニヤ（Molniya
）軌道）または８時間周期を有する楕円軌道である。
【０００８】過去に使用され、今日でもなお革新的な電
気通信システムを構築する際に提案される静止軌道は、
太陽同期軌道の使用、または約３時間続く軌道周期を得
るような離心率値の使用に基づくものではなかった。
【０００９】特に、 − 低円またはわずかに楕円の短周期軌道が、地球全体
をカバーするために非常に多くの衛星（１２から８０）
を使った配置用に使用されてきた。提供されるサービス
は電話通信、パーソナルコミュニケーションおよび移動
装置を介する通信を含む。これらの配置に関する主要な
不便さは、軌道高度に反比例して衛星の数が非常に多い
こと、地上のユーザ側での各衛星の可視性が低いこと−
約１０分間−である。リモートセンシング応用では、調
査の対象となる地域上の飛行時間が短いことにより、観
測ミッションを行なうことは事実上不可能になる。観測
ミッションにはそれどころか衛星から同じ地域を長い間
観測できることが必要であるからである。これらのミッ
ションのための唯一の実際的な可能性は代表的には静止
軌道衛星を使用することである。しかしながら、この場
合、地球から衛星が非常に遠いので、幾何学的および放
射分解能の点で満足な性能を得るためには大規模な光学
システムを構築する必要があった。
【００１０】− 円中間周期軌道は、低軌道と比較する
と、地球を連続的にカバーするためにより少ない数の衛
星を必要とした。しかしながら、この利点はこれらの軌
道が低軌道より大きなエネルギを有するという事実によ
って相殺されてしまった。この理由のために、衛星をそ
の目標軌道に乗せることは衛星を低軌道またはわずかに
楕円の軌道に乗せるより費用がかかる。カバー要件はま
たこれらの軌道が赤道に対して４０°から６０°の範囲
の軌道面傾斜を有ることを要求し、したがって太陽光線
の方向に対する軌道面の位置が１年の間常に変化するよ
うな交点線の回転を特徴とした。これは搭載太陽プラン
トから出る電力が絶え間なく変わることを意味し、この
事実は衛星が地球の円錐状の影に入る停電周期の発生に
よってさらに問題になった。衛星がその動作寿命のあい
だに経験する環境的な熱的条件にも常に変化があった。
これらのファクタすべては衛星がより重くなりかつ複雑
になることを意味し、同時に設計および製造コストの増
大を意味した。
【００１１】− 長周期楕円傾斜軌道が、１つの大陸を
カバーするための、または境界のはっきりした地域のた
めの電気通信衛星システムで使用された。これらの軌道
は軌道面の６３．４°の傾斜を有した。それはこの傾斜
値で長軸線の回転が相殺されるからである。したがって
軌道遠地点および近地点は常に同じ地球上の緯度に対応
する。軌道周期は恒星日（ツンドラ軌道）または恒星日
の約数（モルニヤ軌道および８時間軌道）と等しく、そ
の結果衛星の動きが地球の回転と同期または準同期する
ように選択された。これにより同じ地域上に衛星が周期
的に出現することが確実になったが、これはまた交点線
の回転を伴い、軌道面の位置を太陽交線の方向に対して
時とともに変化させ、それによって中間周期円軌道に対
して述べたのと同じ不便さが生じていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述の技術状態の結
果、上に述べた軌道の好ましい特徴のいくつかを維持し
ながら、その否定的な局面を排除することが可能な新し
いタイプの軌道に基づく衛星の配置を構築する必要性が
生じる。特に、以下の特徴を有する軌道に対する大きな
関心がある。その特徴とは − 地上局からの衛星可視ウィンドウの持続期間、およ
び衛星からの同じ地域の可観測性の持続期間を大幅に増
大するために、少なくとも軌道周期の大半の間中高位の
軌道高度を有すること、 − 衛星を軌道に打ち上げるコストを制限するために、
低軌道の軌道周期と中間周期軌道の軌道周期との間の中
間の軌道周期を有すること、 − 電子回路に対するダメージを低減するためにバンア
レン帯との交差が少ないこと、および − １年全体を通して衛星の太陽照射条件を最大限に利
用することによってより単純な衛星を構築することがで
きることである。
【００１３】さらに、電気通信サービスに対する需要は
諸国の富裕状態を反映しており、これに関しては、工業
国の大半を含む地球の北半球と、低開発国および開発途
上国を含む南半球との間に大きな差がある。したがっ
て、地球の北半球および南半球上の電気通信サービスの
供給を選択的な態様で最適化することを目指した電気通
信衛星システムを考えることは経済的に有利である。
【００１４】ここに記載される発明は以下の３つのもの
を提供することを目指しているので三重の目的を有す
る。
【００１５】１．電気通信およびリモートセンシングシ
ステムの実現に特に便利な軌道群を規定すること、 ２．この軌道群および特に１つの軌道の特定の特徴に基
づく多衛星の配置を規定すること、 ３．衛星システムを実現する際にこれらの軌道の固有の
特徴を経済的に利便性のよい態様で利用することができ
る衛星の一般的な特徴を規定すること。
【００１６】この発明はまた以下のところにある国々に
さまざまな電気通信およびリモートセンシングサービス
を提供するための衛星システムの費用対効果率を最適化
することを目指している。その国々の場所は、 − 北緯約２０°から７０°にわたる緯度の範囲内であ
って、工業国かつゆえにサービスおよびその利益に対す
る現在の需要に関して最も興味のある国を含む範囲内、 − 南緯２０°から７０°にわたる緯度の範囲、および
北緯約２０から南緯約２０°の間に含まれる熱帯地方で
あって、電気通信およびリモートセンシングサービスに
対する需要の予期される成長率に関して興味のある開発
途上国または新しい工業国がある範囲内である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】ここに記載される発明に
従って、この目的は衛星を一般に使用される軌道または
技術文献から既知の軌道であって、かつ上に示された軌
道とは異なる軌道に乗せることによって達成される。
【００１８】この発明を典型的な応用例およびこの明細
書に添付された図面を参照して以下に説明する。
【００１９】図面において、ｉは赤道面に対する軌道傾
斜を示し、αは軌道の昇交点を示し、βは軌道の降交点
を示し、Ａは軌道遠地点を示し、Ｐは軌道近地点を示
す。
【００２０】低円軌道衛星またはわずかに楕円の軌道衛
星の場合について、地上局からの各衛星の可視時間を大
幅に増大させるという目的は、３時間程度の短い周期を
有し、地球の北半球または南半球をカバーするためにそ
れぞれ高緯度または低緯度の遠地点を有する傾斜した楕
円軌道を選択することによって達成される。
【００２１】この軌道の離心率は近地点の高度と遠地点
の高度との間に大きな差を引起こすようなものである。
遠地点の高度の増大は、地上局からの衛星可視ウィンド
ウの増大、および逆に衛星から見た場合の同じ地域の可
観測時間の増大に重要な役割を果たす。
【００２２】楕円軌道に典型的な長軸線の歳差運動をゼ
ロにする値は、６３．４°の傾斜（ツンドラおよびモル
ニヤタイプの軌道で採用される解）、または１１６．６
°の傾斜を選択することによって得られる。ここに記載
する発明は１１６．６°の傾斜に基づいており、これは
交点線の正回転を導くものである。
【００２３】
【作用】３６０°／３６５日＝０．９８６３°／日に等
しい交点線の日周回転を課すことによって、傾斜した楕
円軌道もまた太陽同期であることがわかり、これにより
さらに説明されるような重要な実際的な利点を利用する
ことが可能になる。Ｎ軌道周期がＭ太陽日にぴったり合
わなければならないようなさらなる制約を軌道周期に課
すことによって、非常に限定された軌道群を決定する。
実際には、課せられた制約に合う軌道は非常に少なく、
第１のかつ最も重要なものは以下のＭおよびＮの値によ
って特徴付けられる。
【００２４】Ｍ＝１、Ｎ＝８；Ｍ＝２、Ｎ＝１７；Ｍ＝
３、Ｎ＝２５または２６。
【００２５】
【表１】
【００２６】しかしながら、Ｍ＞１の値を持つ軌道は第
１の軌道（Ｍ＝１、Ｎ＝８）より累進的に低い離心率を
有し、したがって第１の軌道は多くの電気通信応用に好
ましいものとなる。この好ましい軌道のケプラーパラメ
ータが表１に示されるが、これらのパラメータは実際に
は地球の重力場の高調波成分、および日月重力の長周期
成分を考慮することによって訂正されることになる。こ
の群の軌道はすべて中間周期円軌道のエネルギ、および
８、１２または２４時間周期を有する傾斜した非常に離
心的な軌道のエネルギよりはるかに低いエネルギによっ
て特徴付けられる。これに伴い、表２に示されるよう
に、通常衛星が発射機によって打ち上げられる低円軌道
から目標軌道への同一平面上の軌道移行の際に衛星に与
えられる速度変化の値は著しく減少する。結果として、
衛星に搭載して輸送すべき推進薬重量が著しく減少し、
それにより全体の重量が小さくなり、発射コストが低く
なる。
【００２７】
【表２】
【００２８】この発明に従う好ましい軌道の離心率値
は、近地点はかなり高く（約５００Ｋｍ）なければなら
ず、大気の存在による空気力学的抗力に関連する問題を
低減するようなものでなければならないことを意味す
る。これらの高度では、空気密度は十分低く、衛星の寿
命にほとんど影響を及ぼさない。
【００２９】遠地点高度（約７，８５０Ｋｍ）は、興味
のある緯度範囲、つまり赤道に対して北緯または南緯２
０°から８０°の範囲内に配置された地上局からの少な
くとも６の可視ウィンドウを保証する。このようなウィ
ンドウの持続期間は４０から８０分の範囲であり、した
がって低円またはわずかに楕円の軌道の衛星を使用して
典型的に得られる１０分ではなく平均約１時間の長さで
ある。
【００３０】これは場所あたりおよび衛星あたりの使用
の２５％の日周平均係数に相当する。これらの特に好ま
しい特徴により遠隔会議、ビデオ会議およびラジオまた
はテレビ番組の無線放送などの革新的なサービスのため
のコネクションを設立することが可能になり、低円軌道
の衛星の使用を電話サービスに制限する、中断なしのコ
ネクションの持続期間の短さによって生じる障害を克服
する。
【００３１】しかしながら、遠地点の高度は、約８，５
００Ｋｍの高度から始まり、最大１６，０００Ｋｍに達
する第２のバンアレン帯との交差を回避するのに十分低
い。これに比し、モルニヤ軌道およびそれから派生する
他の軌道はこの危険な放射線の帯と絶え間なく交差して
おり、衛星部品の寿命および信頼性の点で好ましくない
結果を伴なう。
【００３２】３時間周期を有する楕円軌道のための近地
点の引数の選択により、地球の２つの半球をカバーする
ことを最適化することが可能になる。特に、近地点の引
数に対して９０°に近い値を選択することによって、軌
道の遠地点は南半球になる。近地点の引数が２７０°に
近ければ、遠地点は北半球になる。特定の緯度帯のカバ
ーを最適化するように他の近地点の引数を選択すること
も可能である。
【００３３】昇交点の赤経に依存する軌道面の位置に関
しては、何であってもよい。しかしながら、太陽ベクト
ルに対してほとんど常に直角である面内に軌道位置（ほ
ぼ明暗界線に従うのでいわゆる「日の出−日没」軌道）
を特に選択することにより、それが太陽同期であるため
に、衛星設計および製造を非常に単純にすることが可能
である。とりわけ、衛星は非常に短い時間期間の間を除
いては１年のうちすべての日に太陽によって常に照射さ
れることになる。しかしながら、地球の円錐状の影に入
った軌道の部分は常に近地点に近い、つまり衛星がペイ
ロードのために電力を発生する必要がないときである。
【００３４】太陽ベクトルの衛星に対する入射角が一定
であるという事実はまた発電機（太陽パネルおよびバッ
テリ）を単純化することを可能にし、それによって衛星
の重量およびコストを低減する。さらに、衛星は軌道に
沿ってかつ１年中変わらない熱的環境条件下にあり、こ
れによって非常に単純な熱制御システムを設計すること
が可能になる。
【００３５】「日の出−日没」軌道の昇交点の赤経はま
た衛星が地球から本来昼間に見えるかまたは夜間に見え
るかを決定する。これは人間の仕事活動およびフリータ
イム活動から発生する通信フローが時間に依存するこ
と、および地球の表面特徴の可観測性が昼間の光学帯域
に依存することを考慮すると、電気通信およびリモート
センシングシステムの双方にとって非常に重要なファク
タである。特に、近地点の引数が２７０°であり、した
がって、軌道の遠地点が北半球にある場合には、昇交点
の赤経の値は、本質的に昼間地球から衛星が見えること
を望むならば、１８時の位置になければならない。これ
は図１に示されており、この図はここに記載された発明
に従う好ましい軌道上に置かれた衛星の可視性の傾向、
つまり、緯度が０°、２０°、４０°、６０°および８
０°のところに配置された５つの地上局から見た場合
の、２７０°の近地点の引数および１８時での赤経を有
する軌道上に置かれた衛星の可視性の傾向を示す。図１
は衛星が１２時の値を中心に、４０分から８０分続く平
均６つの時間期間の間見えることを示す。さらに、衛星
可視性は高緯度で増大し、低緯度、つまり赤道近くで減
少する。
【００３６】逆に、昇交点の赤経が６時のあたりであれ
ば、衛星は本質的に夕方および夜間の間見える。これは
図２に示されており、この図は図１の５つの地上局から
見た場合の、２７０°の近地点の引数および６時での赤
経を有する軌道上の衛星の可視性の傾向を示すものであ
る。この場合、衛星は図１と同じ時間間隔の間見える
が、地方時で２４時のあたりで見える。
【００３７】近地点の引数が９０°に等しければ、状況
は逆になる。つまり、１８時での赤経は夕方および夜の
間衛星を見えるようにし、一方６時での赤経値は昼間の
間衛星を見えるようにする。
【００３８】これらの特徴により以下のことが可能にな
る。 − 局所的および複数地域的レベルの双方で、最終的に
は地球的レベルで、本質的に昼間、または夜間のみ、ま
たは一日中、の電気通信サービスに対する需要を満足さ
せるように最適化された、１つ以上の軌道面に沿って移
動する複数の衛星を有するシステムを設計すること、 − 本質的に昼の間光学帯域（紫外光、可視光および近
赤外光）で、および主に夜間の間熱赤外帯域で、局所お
よび複数地域レベルで、限られた区域に対する地球観測
ミッションを実行することが可能な、１つ以上の軌道面
上の多衛星システムを設計することである。
【００３９】
【実施例】単に例として、数個の衛星の配置が以下に説
明されるが、これらの配置はこの発明に従う楕円太陽同
期短周期軌道に基づくものである。
【００４０】例Ｎｏ．１：１つの軌道面上の衛星の配
置。この発明の好ましい形態では、配置は表１に示され
た特徴を有する２、３または４の衛星からなり、赤道の
北に位置する諸国をカバーすることを最適化するように
２７０°の近地点の引数を有し、赤道で１８時のところ
で昇交点の赤経を有する。すべての衛星は同じ軌道に沿
って置かれ、平均近点角で考えてそれぞれ１８０°、１
２０°または９０°という間隔で等距離である。
【００４１】図３は同一軌道上の３衛星という特定のケ
ースにこのシステムを応用した場合を示す。同一軌道に
沿って置かれる衛星の数は、人が地上端末と衛星との間
の無線リンクを確立したいと思う、水平線に対する仰角
の最低値、および２つの隣接する衛星の可視期間の間に
要求される重なりの程度に依存する。これは同一軌道上
に２つおよび３つの衛星を配置した場合に関連する図４
および図５に示される。図４は、地方時で１２時を中心
に約１６時間の時間期間の間少なくとも１つの衛星が続
けて見ることを保証するのには、同一軌道に沿って２つ
の衛星が存在すればちょうど十分であることを示す。し
かし、これが可能なのは水平線に対する最小の仰角が１
０°である場合である。図５は３つの同一軌道面上の衛
星を使用することによって得られる改良を示し、この場
合より継続して見えることに加えて、地上局から見た場
合に、一度に２つの衛星の可視期間がかなり重なる。こ
の最後の特徴は電気通信システムのために、すなわち水
平線に対する最小の仰角を増大させるために利用され得
る。
【００４２】結論として、この配置は地方時で１２時を
中心とする１日約１６時間の期間の間、つまり午前４時
から２０時までの間、北緯２０°以上の緯度の範囲をよ
くカバーする。しかし、衛星可視の期間を早めるまたは
遅らせるように、昇交点の赤経に対して他の選択を行な
うことが可能である。たとえば、２１時（１８時ではな
く）での昇交点の赤経を選択することによって、衛星の
可視期間は地方時で７時から２３時までの範囲となる。
【００４３】２７０°の近地点の引数および赤道におけ
る６時での昇交点の赤経を有する類似の配置により、午
後および夜間の間、つまりほぼ１６時から午前８時まで
通信サービスを行なうことが可能になる。この場合、電
気通信サービス要求に従って衛星の可視の周期を中心決
めするために６時に対して２、３時間の時間期間内に昇
交点の赤経を選択することもまた可能である。
【００４４】単一の軌道上にあり、かつ９０°の近地点
の引数を有する類似の衛星の配置により、地球の南半球
に位置する地域に関して、同じ特徴を得ることが可能に
なる。
【００４５】例Ｎｏ．２：２つの軌道面上の衛星の配
置。この発明の別の好ましい応用に従うと、衛星群は２
つの軌道面上に分布され、各々は平均近点角で考えて角
度的に等距離にある２つから４つの衛星を含む。２つの
軌道のパラメータは前の例のものと同じであるが、２つ
の軌道のうちの１つは１８時±３時間のところに配置さ
れた昇交点の赤経を有する。他の軌道は６時±３時間の
ところに配置された昇交点の赤経を有する。
【００４６】図６は１８時のところに配置された昇交点
の赤経を有する軌道上の３つの衛星９、１０、１１、お
よび６時のところに配置された昇交点の赤経を有する軌
道上の２つの衛星１２および１３を有する非対称の配置
の例を示す。
【００４７】この配置は北緯２０°以上の緯度を２４時
間十分にカバーできる。カバー量およびサービスの連続
性は、図７に示されるように、１２時を中心とした１６
時間より長い時間期間の間特に好ましい。図７は図１の
５つの地上局から見た場合の５つの衛星の可視性を示す
図である。
【００４８】ここでは６時および１８時に配置されてい
る公称値に対する２つの軌道面の昇交点の赤経の値を変
えることもまた可能である。これにより地上局が両方の
軌道に属する衛星を同時に観測することができる時間期
間の重なりに変化を生じる。このようにして、たとえ短
い時間期間の間であっても、２４時間で得ることのでき
る平均値に対してより大きな伝送能力を利用することが
できる。この事実はトラフィックの変動またはピークに
よる問題を解決するために衛星電気通信システムによっ
て利用できる。これらのトラフィックの変動またはピー
クは仕事時間中に人の仕事活動が増大すること、または
夜間におけるフリータイムの活動が増大することの結果
生じるものである。
【００４９】例Ｎｏ．３：赤道の北緯および南緯の複数
範囲をカバーするための４つの軌道面上の衛星の配置。
【００５０】図８で示されるこの発明の別の応用例に従
えば、衛星の配置は４つの軌道面上に分布される。軌道
４および５は北緯２０°以上の緯度の範囲をカバーする
ために使用され、軌道６および７は南緯２０°以下の緯
度の範囲をカバーするために使用される。各軌道の軌道
パラメータおよび衛星の数は、南半球をカバーするため
の軌道が９０°の近地点の引数を有することを除いて
は、例２で示されたものと同じである。北または南半球
をカバーするために使用される軌道は、地方時で６時お
よび１８時に対応する、公称値とは異なる昇交点の赤経
の値を有することができ、衛星電気通信またはリモート
センシングサービスに関連する具体的な要求をよりよく
満足させることができる。
【００５１】多衛星配置を実現するために短周期楕円太
陽同期軌道を使用することは、国家的、地域的および地
球的電気通信システム、ならびに光学帯域の地球観測シ
ステムの設計、衛星の設計、ならびにそのような衛星の
軌道への打ち上げおよび管理に重要な利点を提供する。
【００５２】地球の北半球または南半球を満足にカバー
するために必要な衛星の数は非常に少なく、５または６
個の衛星で２４時間連続サービスするのに十分である。
昼間または夜間の間のみに偏って行なわれる電気通信ま
たはリモートセンシングサービスを実行するために必要
な衛星はわずか３つである。遠地点の高度は各衛星に対
する長期間の絶え間ない可視性を与え、頻繁な引継ぎ、
つまり１つの衛星が各地上局から見える円錐範囲外に去
る時の、次の衛星へのトラフィックの移行から生じる問
題を低減する。
【００５３】衛星群に属する衛星が置かれるさまざまな
軌道面の数を低減することにより、打ち上げコストを低
減し、衛星のための軌道構成および軌道管理のための作
業を単純化することが可能になる。衛星の設計で得られ
る単純化に関して、電力システム（発電および蓄積）お
よび熱制御システムを考慮することは特に重要である。
【００５４】単なる例として、最適の態様で短周期、楕
円率および太陽同期という軌道特徴を使用する１つの衛
星の一般的な構成を考えることができる。１年の間、太
陽ベクトルと軌道面に対する垂線との間の角度は非常に
ゆっくり変化し、この変化は昇交点の赤経の値に依存す
る。昇交点の赤経が６時または１８時のところにあれ
ば、角度は９０°（つまり軌道面に対してちょうど直
角）から約４５°までの範囲内である。昇交点の赤経が
上述の公称値に対して２時間早まるかまたは遅れれば、
太陽ベクトルと軌道面に対する法線との間の角度は６５
°から約３０°までの範囲内である。いずれの場合で
も、太陽ベクトルの衛星に対する入射角の変化は非常に
ゆっくりとしたものであり、１日の期間の間では事実上
ゼロである。したがって、太陽パネルを同じ場所に固定
して保ち、１年の間太陽パネル法線に対する太陽ベクト
ルの平均シフト量の平均値を最小限にするような姿勢を
太陽パネルに最初に与えることが可能である。これによ
って効率がほんの少し失われるが、これは１または２自
由度の太陽パネルの向きを変えるために他の衛星で通常
用いられるような機構が必要でないため、太陽プラント
の複雑さが減ることによって相殺される。
【００５５】１年の間ずっと太陽プラントの効率を最適
化したいのであれば、太陽パネルの向きを変えるための
単純な機構を設けるだけで十分である。ここに記載され
たような楕円太陽同期軌道に沿って置かれていない他の
衛星と違って、これらの機構は頻繁でなくかつ非常に遅
い動作しか必要としないので、衛星姿勢制御に対して擾
乱をほとんど与えない。
【００５６】さらに、衛星はほとんど常に太陽によって
照射されているので（軌道周期のほぼ半分を地球の円錐
状の影で過ごす、傾斜した非太陽同期円軌道またはわず
かに離心的な軌道上に置かれた衛星とは異なって）、衛
星に搭載したバッテリに電力を蓄積する必要性が低減さ
れる。これはバッテリ重量が大幅に低減されることを意
味し、衛星の全重量に対して、かつゆえにコストに対し
て好ましい影響を及ぼす。
【００５７】熱制御の点からは、衛星は常に太陽プラン
トが置かれている側とは反対側に、４Ｋの温度の黒い空
というヒートシンクに面している。したがって、衛星の
黒い空のほうに面する側に放射パネルを備えれば十分で
あろう。太陽照射がほぼ一定であることにより、熱設計
を単純化することが可能になり、結果として重量および
コストの節約につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３時間周期、２７０°の近地点の引数、および
１８時に昇交点の赤経を有する、１１６．６°だけ傾斜
した太陽同期楕円軌道に沿って移動する衛星の、北緯０
°、２０°、４０°、６０°および８０°にそれぞれ配
置された５つの地上局からの、２４時間周期での可視性
を示す図である。
【図２】上に示された軌道であるが、６時に昇交点の赤
経を有する太陽同期楕円軌道に沿って移動する衛星の、
図１のものと同じ５つの地上局からの、２４時間周期で
の可視性を示す図である。
【図３】３時間周期を有する１つの楕円太陽同期軌道に
乗せられた３つの衛星の配置の一例を示す図であり、１
は赤道面であり、８は太陽光線１４の方向に垂直のα−
β交点線であり、２は赤道面に対して１１６．４°だけ
傾斜した軌道面であり、４は近地点Ｐおよび遠地点Ａを
有する太陽同期楕円軌道であり、３つの衛星９、１０、
１１は平均近点角の点で角度的に等距離であり、矢印に
よって示される方向に軌道４に沿って移動する、図であ
る。
【図４】図１と同じ５つの地上局から見た場合の、３時
間周期を有する同じ楕円太陽同期軌道上に置かれた、平
均近点角で角度的に等距離の２つの衛星の可視性を示す
図である。
【図５】図１と同じ５つの地上局から見た場合の、３時
間周期を有する同じ楕円太陽同期軌道上に置かれた、平
均近点角で角度的に等距離の３つの衛星の可視性を示す
図である。
【図６】１８時に昇交点の赤経を有する楕円太陽同期軌
道９上の、平均近点角で角度的に等距離の３つの衛星
９、１０および１１、ならびに６時に昇交点の赤経を有
する楕円太陽同期軌道５上の、平均近点角で角度的に等
距離の２つの衛星１２および１３として分布される、２
つの軌道面２および３上の５つの衛星を有する配置の一
例を示す図であり、これらの衛星は矢印によって示され
た方向に軌道に沿って移動する、図である。
【図７】図１と同じ５つの地上局から見た場合の、図６
に示された５つの衛星の可視性を示す図である。
【図８】２つの軌道面上の４つの楕円太陽同期軌道の可
能性のある構成を示す図であり、２つの太陽同期楕円軌
道４および５は２７０°の近地点の引数、およびそれぞ
れ６時および１８時に配置された昇交点の赤経を有し、
他の２つの太陽同期楕円軌道６および７は９０°の近地
点の引数、およびそれぞれ６時および１８時に配置され
た昇交点の赤経を有する、図である。
【符号の説明】
１ 赤道面 ２ 軌道面 ３ 軌道面 ４ 軌道 ５ 軌道 ６ 軌道 ７ 軌道 ８ α−β交点線 ９ 衛星 １０ 衛星 １１ 衛星 １２ 衛星 １３ 衛星

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 短周期楕円太陽同期軌道の使用に基づく
    衛星電気通信およびリモートセンシングシステムであっ
    て、前記軌道は以下のケプラーパラメータ、つまり − 赤道面に対する１１６．６°の軌道傾斜と、 − ０．９８６３°／日の交点線の日周回転と、 − Ｎの軌道周期がＭの恒星日にぴったり合うような軌
    道周期であって、ＭおよびＮは好ましくは以下の値、つ
    まりＭ＝１、Ｎ＝８；Ｍ＝２、Ｎ＝１７；Ｍ＝３、Ｎ＝
    ２５またはＮ＝２６を有する軌道周期と、 − 何であってもよい近地点の引数と、 − 何であってもよい昇交点の赤経というケプラーパラ
    メータを有することを特徴とする、衛星電気通信および
    リモートセンシングシステム。
  2. 【請求項２】 前記軌道は以下のケプラーパラメータ、
    つまり − Ｍ＝１、Ｎ＝８と、 − １０，８００秒の軌道周期と、 − ０．３４７の軌道離心率と、 − 約７，８４６．２Ｋｍの遠地点高度と、 − 約５１８．１Ｋｍの近地点高度と、 − 地球の北半球をカバーするために好ましくは２７０
    °であり、地球の南半球をカバーするために９０°であ
    る、近地点の引数と、 − （ａ） ２７０°に等しい近地点の引数に対して、 ＊ 昼間の間における地球上の場所および使用者間およ
    びそれらとの接続のために（赤道において）１８時±３
    時間のところに配置され、 ＊ 午後および夜間の間における地球上の場所および使
    用者間およびそれらとの接続のために（赤道において）
    ６時±３時間のところに配置され、 （ｂ） ９０°に等しい近地点の引数に対して、 ＊ 昼間の間における地球上の場所および使用者間およ
    びそれらとの接続のために（赤道において）６時±３時
    間のところに配置され、 ＊ 午後および夜間の間における地球上の場所および使
    用者間およびそれらとの接続のために（赤道において）
    １８時±３時間のところに配置された、昇交点の赤経と
    いうケプラーパラメータを有することをさらに特徴とす
    る、請求項１に記載の短周期楕円太陽同期軌道の使用に
    基づく衛星電気通信およびリモートセンシングシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記システムは、その昇交点の赤経の値
    が好ましくは地方時で６時を中心に、または１８時を中
    心に選択される軌道上に置くことによって任意の数の同
    一軌道面上の衛星、好ましくは２から４の衛星の使用を
    可能にすることを特徴とする、請求項１または２に記載
    の短周期楕円太陽同期軌道の使用に基づく衛星電気通信
    およびリモートセンシングシステム。
  4. 【請求項４】 前記システムはクレーム３に記載の数個
    の同一軌道面上の衛星を使用することによってだけでは
    なく、昇交点の赤経の値が異なる２つ以上の軌道に属す
    る衛星を使用することによっても実現可能であり、前記
    値は好ましくは６時および１８時を中心に選択されるこ
    とを特徴とする、請求項１または２に記載の短周期楕円
    太陽同期軌道の使用に基づく衛星電気通信およびリモー
    トセンシングシステム。
  5. 【請求項５】 前記システムはクレーム３に記載された
    数個の同一軌道面上の衛星を使用することによって、ま
    たは請求項４に記載された昇交点の赤経の値が異なる数
    個の軌道を使用することによってだけではなく、その近
    地点の引数の値が異なる軌道に属する衛星を使用するこ
    とによっても実現でき、前記値は２７０°を中心におよ
    び９０°を中心に好ましくは選択されることを特徴とす
    る、請求項１または２に記載の短周期楕円太陽同期軌道
    の使用に基づく衛星電気通信およびリモートセンシング
    システム。
  6. 【請求項６】 明細書およびそれに添付された図面を参
    照して実質的に説明される、短周期楕円太陽同期軌道の
    使用に基づく衛星電気通信およびリモートセンシングシ
    ステム。
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